Ora conosciamo per la prima volta l’aspetto di un elettrone
I fisici dell’Università di Basilea, hanno mostrato per la prima volta come appare la geometria di un singolo elettrone.
La scoperta è stata effettuata utilizzando un metodo recentemente sviluppato che consente agli scienziati di calcolare la probabilità che un elettrone sia presente in uno spazio.
Questo, a sua volta, porta a un migliore controllo dello spin degli elettroni, che potrebbe servire come la più piccola unità di informazioni in un futuro computer quantistico.
Spin , calcolo quantistico e geometria elettronica
Lo spin di un elettrone rappresenta i possibili orientamenti che la particella subatomica caricata può avere quando viene immersa in un campo magnetico.
Lo spin è un candidato promettente da utilizzare come la più piccola unità di informazione (o qubit) di un computer quantistico.
Controllare e ruotare questo spin o collegarlo ad altri spin sono alcune delle sfide a cui stanno lavorando innumerevoli gruppi di ricerca in tutto il mondo.
Un elettrone intrappolato in un punto quantico. Si muove nello spazio, ma con probabilità diverse corrispondenti a una funzione d’onda, rimane in alcuni punti all’interno del suo confinamento (ellissi rosse)Immagine: Università di Basilea, Dipartimento di Fisica
Un punto quantico è una “trappola” che confina gli elettroni liberi in un’area di circa mille volte più grande di un atomo naturale. Poiché gli elettroni intrappolati si comportano in modo simile agli elettroni collegati a un atomo, il punto quantico è anche chiamato “atomo artificiale”.
L’elettrone può muoversi all’interno di questo spazio, ma con diverse probabilità corrispondenti a una funzione d’onda, rimane in posizioni specifiche all’interno del suo confinamento.
Gli scienziati hanno usato misure spettroscopiche per determinare i livelli di energia al punto quantico e studiare il comportamento di questi livelli in campi magnetici di varia intensità e orientamento. Sulla base di un modello teorico, è stato possibile determinare la probabile densità dell’elettrone e, quindi, la sua funzione d’onda con precisione nella scala subnanometrica.
“Per semplicità possiamo usare questo metodo per mostrare come un elettrone si presenta per la prima volta”, spiega uno degli autori principali dello studio, Daniel Loss.
Ottimizzazione
I ricercatori, lavorando a stretto contatto con colleghi in Giappone, Slovacchia e Stati Uniti, ora hanno la possibilità di comprendere meglio la correlazione tra geometria elettronica e spin , che deve essere stabile il più a lungo possibile e facilmente commutabile per essere usata come qubit.
“Non possiamo solo mappare la forma e l’orientamento dell’elettrone, ma anche controllare la funzione d’onda in base alla configurazione dei campi elettrici applicati. Questo ci dà l’opportunità di migliorare il controllo delle rotazioni in modo mirato “, ha detto il ricercatore di un altro studio, Dominik Zumbühl.
Con l’aiuto del metodo sviluppato, diversi studi possono essere meglio compresi e le prestazioni di spin in qubit possono essere ottimizzate in futuro.
Il risultato degli esperimenti è stata pubblicata in un articolo sulla rivista scientifica Physical Review Letters , e la teoria relativa è stata pubblicata in un articolo sulla rivista Physical Review B . [ Fis ]
Fonte: hypescience.com
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